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Optimierte Visualisierung und Überwachung

Automatisierungs- und Leitwartentechnik für die Wasserwirtschaft
Optimierte Visualisierung und Überwachung

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Aktuell erweist sich die effiziente Steuerung und Bedienung von Pumpen und anderen Außenbauwerken als wichtiger denn je. Um diesen Anspruch zu erfüllen, müssen dem Anwender ständig alle Messwerte, Ereignisse und Alarme über-sichtlich dargestellt werden. Grundlage dafür ist neben der Vernetzung von Außenstationen über unterschiedliche Übertragungsmedien auch eine flexible Leittechnik, die an die individuellen Anforderungen angepasst werden kann.

Die in Ostwestfalen-Lippe ansässigen Stadtwerke Bad Salzuflen haben unter anderem deshalb die vorhandene Leittechnik modernisiert. Die bisherige Steuerungstechnik mit unflexiblen Regelungen sowie die autarken Außenstationen ohne Fernwirkanbindung eröffneten hierfür erhebliche Möglichkeiten. Im ersten Schritt ersetzten die Verantwortlichen die existierende Steuerungstechnik in den dezentralen Bauwerken und Brunnen durch eine moderne Automatisierungslösung von Phoenix Contact. Das neue Steuerungsprogramm ist mit der Prozessbibliothek Waterworx für die Engineering-Software PC Worx umgesetzt worden, die spezielle Bausteine für die Wasserwirtschaft umfasst. Die Bibliothek besteht aus verschiedenen Funktionsbausteinen, über die der Anwender typische Funktionen und Feldgeräte unterschiedlicher Hersteller einfach und ohne großen Zeitbedarf in das Programm integrieren kann. Er ist somit in der Lage, die jeweiligen Programme für die einzelnen Außenbauwerke beliebig zu erweitern und mit geringem Aufwand an seine besonderen Anforderungen zu adaptieren.

Redundanter Netzwerkring
Zur Ankopplung der verschiedenen Steuerungen an das Leitsystem sowie zur Realisierung einer ausfallsicheren Kommunikation zwischen den einzelnen SPS sind neben der Steuerungstechnik auch serielle Modems in den unterschiedlichen Bauwerken installiert worden. Auf diese Weise können die Außenstationen über die bestehenden unternehmenseigenen Leitungen sämtliche wesentlichen Meldungen, wie Messwerte oder andere Parameter, untereinander sowie mit der Leitzentrale austauschen. Dazu ist der in der Leitwarte vorhandene Server-Schrank um eine 19-Zoll-Ethernet-Kommunikationseinheit ergänzt worden, die die dezentralen Anlagen und Stationen über SHDSL-Technik von Phoenix Contact vernetzt. Die einzelnen Außenstationen werden in einem redundanten Netzwerkring über die Kupferleitungen an die Einheit angeschlossen. So ist eine hohe Verfügbarkeit der Außenbauwerke sichergestellt. Durch die Aufteilung auf verschiedene kleine Netzwerkringe wurde ferner eine optimale Lastverteilung und Ausfallsicherheit erreicht.
Fernwirk-Protokoll IEC 60870-5-104
Damit die Betriebsdaten zuverlässig und ausfallsicher über weite Entfernungen via Netzwerkring weitergeleitet werden können, sind die Außenstationen mit dem TCP/IP-basierten Fernwirkprotokoll IEC 60870-5-104 an die Leitzentrale angebunden. Der Standard eignet sich insbesondere zur Überbrückung großer Distanzen sowie zur sicheren Datenübertragung. Die Signale werden von einem Protokoll-Konverter aufgenommen, der das Fernwirk-Protokoll in OPC DA (Open Data Port) umwandelt. Dadurch kann sich das Leitsystem an die Schnittstelle ankoppeln, die einzelnen Werte aus den Außenstationen empfangen und visualisieren sowie Steuerbefehle an die unterschiedlichen Bauwerke versenden.
Eine aussagekräftige und strukturierte Visualisierung bildet die Grundlage für die Überwachung aller Prozesse und folglich für einen optimalen Betrieb. Als Leitsystem verwenden die Stadtwerke Bad Salzuflen deshalb das Scada-HMI-System Atvise von Videc. Die komplett Webbasierte Lösung kann von verschiedenen Stellen im Netzwerk aufgerufen werden. Somit ist ein paralleler Zugriff mehrerer autorisierter Mitarbeiter auf das Leitsystem möglich. Je nach Verantwortlichkeit können sie sämtliche wichtigen Werte sehen und steuernd in den Prozess eingreifen. Zu diesem Zweck bindet sich die Visualisierung an die OPC-Schnittstelle des Fernwirkkopfes an und nimmt die Daten entgegen. Die Mitarbeiter der Stadtwerke haben die Prozessbilder selbst entworfen und strukturiert, weshalb sie sich sofort in der Visualisierung und den anlagenspezifischen Darstellungen zurechtfinden konnten.
Individuell anpassbar
Um für einen effizienten Betrieb der in den Außenbauwerken installierten Pumpen sowie die optimale Bewirtschaftung der Behälter zu sorgen, müssen zunächst die vielen unterschiedlichen Messwerte – wie Höhenstände, Durchflüsse und Ströme der Antriebe – aus den einzelnen Stationen erfasst werden. Die in den Gewerken verbauten Steuerungen nehmen die Daten über analoge Schnittstellen auf und versenden sie per Fernwirkprotokoll über den redundanten Netzwerkring an das Leitsystem. Dort werden die Werte als aussagekräftige Kennlinien angezeigt. Durch die grafische Aufbereitung lassen sich die Bauwerke und Hochbehälter nun überwachen und weiter in ihrer Effizienz verbessern. „Da wir in den Außenbauwerken und in der Leitwarte auf neue Technologien umgestellt haben, können wir jetzt alle Brunnen und Hochbehälter durchgehend sowie ausfallsicher betreiben“, berichtet Jürgen Schlewing von den Stadtwerken Bad Salzuflen. „Durch die optimale Bewirtschaftung sparen wir Ressourcen und fördern den Schutz der Umwelt. Der Einsatz der Prozessbibliothek Waterworx sowie des Leitsystems Atvise versetzt uns zudem in die Lage, das gesamte System einfach selbst an unsere Anforderungen anzupassen.“
Benachrichtigung im Störungsfall
Im Fehlerfall werden die Mitarbeiter über die Software AIP der Videc GmbH alarmiert. Das Tool, das als Störmelde-Portal fungiert, verschickt dann entsprechende Störmeldungen über verschiedene Medien an den Bereitschaftsdienst. Neben der klassischen Übermittlung per SMS oder E-Mail lassen sich auch moderne Schnittstellen wie Voice over IP nutzen. Erzeugt die in den Außenbauwerken der Stadtwerke Bad Salzuflen montierte Automatisierungstechnik also eine Störmeldung, wird diese umgehend an das Leitsystem abgesetzt. Die Alarmierungssoftware versendet daraufhin eine Sprachnachricht per Voice over IP an den Bereitschaftsdienst. Nach dem Abhören der Meldung kann der Mitarbeiter sofort mit unterschiedlichen Aktionen, wie beispielsweise einer Quittierung, reagieren. Über die Webbasierte Technologie des Leitsystems lassen sich die Störmeldung und der Prozess beurteilen. Ferner ist ein regelnder Eingriff in den Prozess möglich. Darüber hinaus werden Nachrichten an ein übergeordnetes System verschickt und dort archiviert oder direkt weitergeleitet.
Darstellung komplexer Prozesse
Die Verwendung moderner Technologie in den Außenbauwerken und der Leitwarte eröffnet den Stadtwerken Bad Salzuflen zahlreiche Vorteile. So trägt der Einsatz ausfallsicherer Kommunikationskomponenten ebenso zur Verbesserung der bestehenden Systeme bei wie eine einfache und übersichtliche Visualisierung in der Leitwarte. Die ausfallsicheren Komponenten stellen dabei eine sichere Verbindung zu den autarken Außenbauwerken her und erlauben ihre dauerhafte Überwachung. Die leicht erfassbare Visualisierungslösung ermöglicht im Fehlerfall eine intuitive Bedienung sowie schnelle Reaktionszeiten. Mit der Modernisierung ist durch die grafische Darstellung komplexer Prozesse eine Grundlage für die Anlagenoptimierung geschaffen worden. Diese Aspekte haben die Stadtwerke Bad Salzuflen bei der Erhöhung der Effizienz in sämtlichen Versorgungsbereichen unterstützt. Das beschriebene Konzept lässt sich problemlos auf wasserwirtschaftliche Einrichtungen in industriellen Betrieben portieren.
Halle A5, Stand 439/538
www.prozesstechnik-online.deSuchwort: cav0516phoenixcontact

Joel Stratemann
Mitarbeiter im System-Management Water/Wastewater Treatment, Phoenix Contact Electronics
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